专利名称：一种可用于直下式lcd背光源的led的透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED透镜，尤其是涉及一种可用于直下式LCD背光源 的LED透镜。
背景技术：
传统的液晶显示器的冷阴极管(CCFL)背光源已经逐渐被发光二极管 (LED)背光源所取代。但是与线光源冷阴极管不同，LED属于发出一定角 度光束的点光源，用于直下式液晶显示器(LCD)背光源时，需要数百甚 至上千三基色LED排布成一定的阵列形成面光源，然后对液晶面板进行照明。
从点光源转化成均匀的面光源，是LED背光源的关键技术。LED阵列 形成的面光源的均匀度密切与LED的光强分布有关。 一部分的LED在没放 置透镜前，其光强分布通常接近朗伯分布，传统的半球型透镜安放在LED 上后，改变了LED的光强分布，使得光线更集中在LED中轴线的附近，如 图1所示，封装形式10的透镜11具有类半球型结构，封装形式10的LED 芯片(没画出来)放置于一个反射杯(没画出来)中，透镜ll使LED具 有光强分布12， LED出射光线集中在中轴线13附近。此种LED排布的阵 列由于LED之间有一定的间距，相邻的LED出射光之间有一定的暗区，很 难获得均匀的面光源，尤其是用于空间有限的直下式LCD背光源时；另外， 另一种常见的透镜是边发射LED透镜，使LED的大部分出射光线沿偏离中 轴线土80 — 90度附近的方向出射，如图2所示。但这种光强分布类型通常 在O度角附近强度仍比较大，如图3所示，使得LED正上方照度偏大，造 成中间亮斑明显，照度均匀度仍然比较低，其阵列所得到的平面光源的均 匀度也就不够好。
上述的这两种传统的LED封装形式，用于LCD直下式LED背光源时， 由于其光强分布过于集中在中轴线附近或者过于集中在侧面，背光源难以得到高均匀度，致使光均匀性成为LCD直下式LED背光源最急切要解决的 关键问题。光均匀性，厚度薄是液晶背光源的两个重要指标。传统的LED 封装形式，用于LCD直下式LED背光源时，为了提高光均匀度，通常增加 LED阵列的光混合高度，增加厚度，影响背光源的轻便特性，制约着LCD 直下式LED背光源的应用和发展。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种LED透镜，以该透镜封装的LED用于LCD 直下式LED背光源时，能使LCD显示器在不增加厚度的情况下获得更高的 光均匀度。
本发明提出一种可用于直下式LCD背光源的LED的透镜，是由透明材 料制成的轴对称实体，其特征在于，包括 一个底面，该底面为光入射面； 一个侧面，该侧面为光折射界面； 一个上曲面，该曲面为光折射界面； 一个中心曲面，该曲面为光折射界面。 进一步，所述底面垂直于中轴线。 进一步，所述侧面为一连接底面的圆柱面或圆锥面。 进一步，所述的截面为两个弧线。
进一步，与底面成10度 30度的光线，能够直接从所述上曲面出射而 不改变原来的传播方向。
进一步，所述中心曲面处于透镜中心。 进一步，所述中心曲面是球冠曲面。 进一步，所述上曲面中还包含一圆锥面。
本发明的有益效果是该种LED透镜优化了 LED的出射光光强分布， 使得用该种透镜封装的LED单灯在对其正上方的平面进行照射时，在较小 距离内仍获得高的照度均匀度。这些LED用于LCD直下式LED背光源，能 同时满足背光源的光均匀性好和厚度薄要求。
4图1是放置了传统半球形透镜的LED简图及其光强分布简图； 图2是传统的LED边发射透镜；
图3是放置了传统边发射透镜的LED的光强分布简图； 图4 (a)是本发明的第一个实施例的结构简图； 图4 (b)是本发明的第二个实施例的结构简图； 图5是放置了本发明实施例后的光强分布简图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图4 (a)和图4 (b)所示透镜为本发明的两个实施例，是用透明材料 做成的具有轴对称中心的旋转体，所用材料包括但不限于环烯烃共聚合物 (C0C)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)和聚醚酰亚胺(PEI)。 透镜折射率一般在1. 4和1. 6之间，但根据具体材料的应用而可以略有变 化。透镜可以通过一些成熟的工艺制造得到，如金刚石切削，注模等等。
图4 (a)有4个基本面，包括入射面A1，从LED芯片出射和经LED支 架反射杯反射出来的具有近似朗伯型光强分布的光束经由入射面A1进入 透镜；面A2、 A3、 A4均为光出射面，A4为近似球冠的曲面但不限于类似 球冠，对中轴线附近光束进行调节，例如图中光线1经由曲面A4出射， 使沿中轴线附近出射的光量保持在一定水平，并与侧面出射光光量保持合 适的比例，如图4 (a)所示。A3为主要出射面，大部分光从该面出射， 例如图中光线2和光线3由此A3面出射，特别地，光线3经过入射面A1 和出射面A3后，仍能基本保持原来传播方向，光线3和入射面A1的夹角 S介于10度和30度之间；A2为近似柱面，但不限于柱面。光线3是经过 透镜而保持原传播方向的光线，LED出射光大部分沿此方向出射。若调整 A3的高度，光线3和入射面Al的夹角9将发生改变，进而影响LED的光 强分布。于实际应用中，可以根据LED芯片与透镜的相对位置，以及LED 阵列间隔和背光源预期厚度来选择适当高度值，以获得合适的光强分布， 提高LCD背光源的均匀度。当LED没放置透镜时的光强分布类似朗伯型分 布，若把该透镜安置于LED上时，可得到类似于图5的光强分布，其中光
5强峰值处于60度到80度之间，且是0度方向光强的8倍左右，该种LED 单灯在20咖处能获得半高宽大于为40m的较均匀光斑，用于直下式LCD 背光源时能获得大于85%的均匀度。
图4 (b)所示的透镜与图4 (a)所示透镜近似的另一个具体的透镜结 构。为了适当改变侧面的出射光和中轴线附近的出射光的比例，在图4(a) 所示透镜的基础上，在曲面B4上再增加一个曲面B3，该曲面为一圆台侧 面，如图4 (b)所示，光线3与之成约90度夹角。图4 (b)所示的透镜 有5个基本面，包括入射面B1，从LED芯片出射和经LED支架反射杯反射 出来的具有近似朗伯型光强分布的光束经由入射面B1进入透镜；面B2、 B3、 B4、 B5均为光出射面，B5为近似球冠的曲面但不限于类似球冠，对 中轴线附近光束进行调节，例如图中光线1经由曲面B5出射；B3、 B4为 主要出射面，大部分光从该面出射，例如图中光线2和光线3由此出射面 出射，特别地，光线3经过入射面B1和出射面B3后，仍能基本保持原来 传播方向，光线3和入射面Bl的夹角e介于10度和30度之间；B2为近 似柱面，但不限于柱面，光线3是经过透镜而保持原传播方向的光线，LED 出射光大部分沿此方向出射。若调整B2的高度，光线3和入射面B1的夹 角e将发生改变，进而影响LED的光强分布，于实际应用中，可以根据LED 芯片与透镜的相对位置，以及LED阵列间隔和背光源预期厚度来选择适当 高度值。当LED没放置透镜时的光强分布类似朗伯型分布，若把该透镜安 置于LED上时，可得到类似于图5的光强分布，其中光强峰值处于60度 到80度之间，且是0度方向光强的8倍左右，该种LED单灯在20腿处能 获得半高宽大于为40m的较均匀光斑，用于直下式LCD背光源时能获得大 于85。^的均匀度。
前面己经具体描述了本发明的实施方案，应当理解，对于一个具有本 技术领域的普通技能的人，在不背离本发明的范围的情况下，在上述的和 在附加的权利要求中特别提出的本发明的范围内进行变化和调整能同样 达到本发明的目的。
权利要求
1.一种可用于直下式LCD背光源的LED的透镜，是由透明材料制成的轴对称实体，其特征在于，包括一个底面，该底面为光入射面；一个侧面，该侧面为光折射界面；一个上曲面，该曲面为光折射界面；一个中心曲面，该曲面为光折射界面。
2. 如权利要求l所述的透镜，其特征在于，所述底面垂直于中轴线。
3. 如权利要求l所述的透镜，其特征在于，所述侧面为一连接底面的 圆柱面或圆锥面。
4. 如权利要求l所述的透镜，其特征在于，所述的截面为两个弧线。
5. 如权利要求l所述的透镜，其特征在于，与底面成10度 30度的 光线，能够直接从所述上曲面出射而不改变原来的传播方向。
6. 如权利要求l所述的透镜，其特征在于，所述中心曲面处于透镜中心。
7. 如权利要求l所述的透镜，其特征在于，所述中心曲面是球冠曲面。
8. 如权利要求l所述的透镜，其特征在于，所述上曲面中还包含一圆 锥面。
全文摘要
本发明是一种可用于直下式LCD背光源的LED的透镜。所述透镜是一个由透明材料制成的轴对称实体，包含一个底面，该底面为光入射面；一个侧面，该侧面为光折射界面；一个上曲面，该曲面为光折射界面；一个中心曲面，该曲面为光折射界面。该透镜放置于LED上，使进入里面的光线的传播方向发生改变，获得良好的光强分布，实现对液晶屏的均匀照明。
文档编号G02F1/13GK101561587SQ20081010424
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月16日 优先权日2008年4月16日
发明者萌 梁, 王国宏, 范曼宁, 郭德博 申请人:中国科学院半导体研究所;京东方科技集团股份有限公司